焦炉单孔炭化室压力调节技术的分析与比较

孔维伟

摘要：焦炉单孔炭化室压力调节技术是目前应用在大型焦炉环保领域的新技术之一。本文以“焦炉单孔化室压力调节技术的比较”为研究对象，介绍了当下在国内已经实现应用的PROven技术、CPS技术的工作原理、发展背景，并对二者的应用细节进行一定程度的比较，对其各自的适用性以及功能效果进行综合性的剖析，通过对比研究认为CPS技术显然更符合我国的国情。

关键词：焦炉单孔炭化室;压力调节;技术分析

焦炉单孔炭化室压力调节技术是进入21世纪以来，专门应对焦炉装煤以及结焦过程出现的污染物而研发的技术。当前，主要应用于我国大型焦炉的单孔炭化室压力调节技术包括两种类型，分别是从德国引进的PROven技术以及国内由中冶焦耐工程技术有限公司所研发的CPS技术。

一、PROven技术

PROven技术的具体工作原理如下所示：

（一）将表征炭化室内煤气压力的桥管测压点的压力作为重要的控制对象

因为在一个完整的结焦周期内，煤气的发生量变化幅度大，而且和进入焦炉的煤炭水分、成分，火道温度以及结焦时间等都存在很大的关联性，故有必要再实验的基础上，设定各个结焦阶段的桥管压力的设定值;与此同时，更有必要针对不同阶段的煤气规律，借助最佳的控制模式，来确保炭化室压力的稳定性。

（二）要确保不设装煤除尘地面站、无车载除尘设施，也没有高压氨水喷射抽吸的条件下确保装煤烟尘不外泄

为了达成这样的目标必须采取集气管为负压的操作，但因为焦炉装煤时炭化室的压力会明显上升，故为了满足不会有烟尘从炉门以及装煤的孔隙当中泄漏，必须保证集气管内部有足够高的负压。具体所需要的负压值是炭化室高度、容积、入炉煤水分等因素共同影响和作用的结果，一般会被稳定在-300～-350pa的范围。

（三）在集气管维持高负压，并且整个结焦期内因为煤气发生量存在较大变化而致炭化室压力变大的情况下，为了保证结焦后期炭化室底部压力大于+5Pa、桥管压力基本稳定，压力调节系统必须满足更为精致的要求，其必须滞后小、可调范围大、调节精细度高

PROven技术通过借助调节固定杯内液位的方法来对煤气流通截面积进行调整，因为二者变化率的线性相关度十分理想，非常适合在结焦后期进行精细化的压力调节，最终实现了在集气管高负压的情况下，依然可以让炭化室内的煤气压力维持在微正压的状态。

二、CPS 技术

本质而言，CPS系统的结构和PROven存在高度的类似性，但是其工作原理以及完成煤气压力调节的核心工作部件存在很大的不同。CPS的核心工作部件是水封承插式桥管阀体和其内的水封阀盘，这也是目前我国焦炉所普遍采用的技术。只不过其将原本需要手动操作的阀盘更改为通过控制系统执行机构操作，能够按照需要进行调节的阀盘。在每一个炭化室、每一个具体的周转时间内，其工作原理及技术应用思想如下所示：

（一）集气管的高负压并不能实现装煤烟尘不外泄的要求

多年的焦炉生产实践以及应用结果表明，使用桥管高压氨水喷射抽吸以及装煤除尘地面站相结合的方式，能够满足无烟装煤的实际诉求。即便是在集气管的压力在+120Pa的情况下，也可以让40%的烟尘顺利导入到集气管当中，剩下的大约60%的烟尘则可以被抽吸到地面站进行净化。

（二）采用CPS技术时，应适当减小集气管压力，避免结焦初期荒煤气从炉门泄漏

大量的实践以及实验结果表明，应用CPS技术之后，即便是在集气管压力降至-100～-150Pa的情况下，也能保证炭化室底部在结焦过程的任何阶段，压力都不低于+5Pa。而事实上，集气管负压值保持在-100～-150Pa的范围内时，就已经能够满足没有荒煤气从炉内泄漏的需要。

与此同时，有研究表明，在如此条件之下，即便没有安装除尘地面站，采取桥管高压氨水喷射抽吸与球面密封导密团型装煤车相结合的技术，也可以保证无烟装煤。

因此，使用CPS技术，集气管只需要保持较小的负压值，就可以满足无烟装煤和结焦初期炉门无煤气泄漏的需要。

（三）CPS在結焦过程中， 通过气缸操纵水封阀盘绕轴转动，进一步调节煤气的流通截面积

这意味着煤气流通截面积的变化率与阀盘转角（开度）变化率彼此之间无法构成线性函数关系，故CPS技术在压力调节工作部件本身的调节性能以及精度方面的确不如PROven技术。

（四）与PROven技术原理类似，CPS的压力调节的基本原理以表征炭化室内煤气压力的桥管测压点的压力控制为对象，结合炭化室在结焦过程中煤气发生规律，对应不同阶段的煤气发生规律，借助最佳控制模式，让炭化室的实际压力保持稳定

为了进一步改善CPS技术在结焦中后期的调节性能，需对水封阀体和阀盘设计进行优化，这样可以进一步提高阀盘开度与煤气流通截面之间的线性关联性;此外，细化结焦后期的控制阶段，很大程度上可以改善和提高系统的调节效果与性能，保障了结焦的全过程压力稳定性。

三、焦炉单孔炭化室压力调节的功能效果和适用性评价

通过对PROven和CPS的工作原理和技术进行对比分析，笔者针对这两种单孔炭化室压力调节系统得出如下评价：

（一）两种技术都可以满足无烟装煤的基本要求

PROven技术主要采用了集气管高负压抽吸技术，没有任何桥管高压氨水喷射抽吸以及装煤除尘地面站等设施，炉顶操作简化、工艺系统简单，而且整个装煤的过程都是在完全密闭的空间里进行的，也不会有任何的污染物排放。

CPS技术则采用集气管微负压和桥管高压氨水喷射抽吸相结合的办法，这样不仅能够满足结焦初期避免炉门发生荒煤漏气的情况，也为取消装煤除尘地面站的情况下依然可以满足无烟装煤的需要提供了可能性。较之PROven技术以及系统，CPS技术在装煤以及结焦的初始阶段，因荒煤所带入到集气系统的煤尘量明显比较少。

（二）结焦过程的压力调节分析

如同前文研究内容所阐释，PROven压力调节工作机构相对于CPS技术更为优异，也更容易实现各个阶段调节的稳定性。之不过相对于PROven技术，CPS技术因为采用的是集气管微负压的操作制度，结焦中后期炭化室底部压力不小于+ 5Pa所需要付出的调节精度要求更高。

而经过精密的设计和严格的计算控制，对比CPS在结焦各阶段的桥管压力实测值与设定值，其已经达到了与PROven技术基本相同的水平。但是在此过程中需要高度强调的是，要想让PROven和CPS技术保持稳定且正常的工作状态，必须保证集气管压力的稳定性，确保其实际的波动范围不能超过设定值的±25Pa范围。

（三）在7.63m和8.43m等超大容积焦炉工程推进的过程中，PROven技術的应用已经有很多成功的业绩，已经成为与超大容积焦炉整体高标准装备水平相契合、高标准的环保技术

CPS 技术已应用于国内6m焦炉工程中，并且在2021年首次应用于铜陵泰富7米焦炉焦化项目。相对来说，其工作的部件比较简单，对于已装有桥管高压氨水喷射抽吸设施、装煤除尘地面站的完全投入生产的焦炉，借助CPS技术能够比较轻松地实现焦炉环保水平的提升。对于很多新建成的焦炉来说，CPS技术通过与类似亨德森密闭型装煤车进行组合，再配合桥管高压氨水喷射抽吸技术，完全能够达到焦化行业环保诉求的技术适用目标。

总而言之，经过十多年的发展，PROven技术已然成为当下为炼焦行业所公认的焦炉环保先进技术，但是随着科技的不断进步和发展，其必然不是唯一的环保选择。而完全出于不同思想以及应用不同设备工具的CPS技术，整体来说是一种更加契合我国国情的技术选择，想来其在未来会拥有更为广阔的发展前景。

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